## Sifat Mekanis Polipropilena Berpenguat Serat Kenaf Pendek: Pengaruh Fraksi Massa dan Talk
Erfina Oktariani * , Rochmi Widjajanti, Syaiful Ahsan, Recky Pahlevi A.P., Faisal Amir, Lidia Jane Heryes, Ayu Wulandar 1 *e-mail: erfina@kemenperin.go.id
Program Studi Teknik Kimia Polimer, Politeknik STMI Jakarta, Kementerian Perindustrian R.I.

## ABSTRACT
There  have  been  few  studies  in  the  development  of  natural  fibers  reinforced thermoplastic as composite materials for the small size components in the automotive industries. The complexity level and failure  potential  at composite manufacturing  are main  reasons for slightly development.  The  objective of this study  is  to find the best composition  of  Polypropylene/Kenaf  fibers  (PP/Kenaf)  with  optimal  tensile  and flexural strength as an alternative material for small size component in the automotive industries.  Sandwich  methods  of  PP/Kenaf  composites  using  hot  press  machine  are selected. Short kenaf fiber (5 mm) are employed in this study. Mass fraction of kenaf in  the  composite  and  talc  are  investigated  in  order  to  find  their  effects  to  the  tensile and flexural strengths of PP/Kenaf composite. Results show that the best composition is 30% (wt) Kenaf due to its optimal tensile and flexural strength as material for small- size components in the automotive industries.
Keywords : kenaf, short fiber, polypropylene, tensile strength, flexural strength

## ABSTRAK
Sampai  saat  ini  masih  jarang  dijumpai  penelitian  yang  mengembangkan  material komposit  termoplastik-serat  alam  sebagai  bahan  baku  komponen  berukuran  kecil  di industri  otomotif.  Hal  ini  dikarenakan  tingkat  kerumitan  dan  kemungkinan  gagal ( failure )  saat  pencetakan  komposit  tersebut.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk mendapatkan  komposisi  terbaik  Polipropilena-serat  Kenaf  (PP/Kenaf)  dengan  nilai kekuatan  tarik  dan  lentur  yang  optimal  sebagai  bahan  baku  alternatif  komponen berukuran  kecil  di  industri-industri  otomotif.  Metode  yang  dipakai  adalah  membuat sandwich komposit  PP/Kenaf  dengan  menggunakan  mesin hot  press .  Kenaf  serat pendek  (5  mm)  digunakan  dalam  penelitian  ini.  Variasi  fraksi  massa  kenaf  dalam komposit  serta  keberadaan  talc  dilakukan  untuk  mengamati  pengaruhnya  terhadap kekuatan  tarik  dan  lentur  PP/Kenaf.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  komposisi Kenaf  yang  paling  baik  adalah  30%  Kenaf  tanpa  talk  karena  memiliki  sifat  mekanis yang cukup kuat dan lentur sebagai salah satu komponen mobil yang berukuran kecil.
Kata Kunci: kenaf, serat pendek, polipropilena, kekuatan tarik, kekuatan lentur

## PENDAHULUAN
Ketertarikan  industri  otomotif  pada serat-serat  alam  sebagai  pengganti  serat kaca ( fiber glass ) pada material termoplastik berpenguat untuk komponen-komponen otomotif terus meningkat  (Mohanty,  2004).  Lebih  jauh
lagi,  serat-serat  alam  memiliki  lebih banyak keuntungan daripada serat sintetis dilihat  dari  keterbaruannya,  lebih  eko- efisien  dan  berat  produk  yang  lebih ringan  (Husin,  2017).  Serat  Kenaf memiliki  potensi  yang  lebih  besar  untuk dikembangkan daripada semua jenis serat tanaman lainnya karena sifat-sifat mekanisnya.
Manufaktur  komposit  serat  alam merupakan  penggunaan  sistem  binder dari polimer termoset ataupun termoplastik yang dikombinasikan dengan  jalinan  serat  alam  yang  siap pakai. Sistem yang paling umum diterapkan di otomotif adalah termoplastik  polipropilena,  khususnya untuk komponen non-struktural.
Polipropilena  disukai  karena  densitas yang  rendah,  dapat  diproses  dengan mudah,  sifat  mekanis,  sifat  elektrik  yang sempurna  serta  stabilitas  dimensi  dan kekuatan tumbukan yang baik. Meskipun demikian,  beberapa  termoplastik  sintetis juga  digunakan  termasuk  polietilena, polistirena  dan  poliamida  (Holbery,
2006). Pengembangan komposit termoplastik  serat-alam  dibatasi  oleh  dua batasan  fisik  utama  yaitu  batas  atas temperatur  serat  dapat  diproses  serta perbedaan  yang  signifikan  antara  energi permukaaan  kayu  dan  matriks  polimer. Temperatur  proses  merupakan  faktor pembatas  dalam  penerapan  serat  alam. Secara  umum,  batas  atas  temperatur diartikan  sebagai  temperatur  sebelum serat  mulai  terurai  (terdegradasi)  yaitu pada  150  C  untuk  proses  dengan  durasi yang  lama.  Meskipun  demikian,  serat dapat bertahan pada proses dengan durasi pendek  sampai  dengan  220  C  (Holbery, 2006).
Honda sebagai salah satu perusahaan  besar  industri  otomotif  di dunia, telah menggunakan material komposit  serat  alam  di  bagian  lantai (floor)  mobil  Sport  Utility  Vehicle (SUV).  Serat  alam  yang  digunakan
adalah serbuk kayu. Di lain pihak, BMW Group akan mempertimbangkan penggunaan  serat  alam  campuran  antara kenaf  dan  kain  linen  sebagai  penguat  di door  panel    Saturn  L  300S.  Beberapa industri otomotif lainnya di Amerika juga sudah menggunakan komposit serat alam di  komponen-komponen  besar  bagian mobil  seperti  pintu,  alas/  lantai,  isian pintu  sliding,  dan  sebagainya.  Toyota memiliki ketertarikan untuk menggunakan  kenaf  sebagai  campuran komposit  di  struktur  badan  mobil (Holbery, 2006). Pengembangan komposit  plastik  serat  alam  untuk pembuatan bumper terus diteliti (Jeyanthi, 2014).
Sampai saat ini penggunaan komposit  serat  alam  di  industri  otomotif belum menjangkau komponen-komponen berukuran  kecil.  Hal  ini  dikarenakan tingkat  kerumitan  dan  kemungkinan gagal  (failure)  saat  pencetakan  komposit tersebut.    Komponen  mobil  berukuran kecil  seperti  door  handle  and lock, cover kaca spion, dan lain-lain masih menggunakan komposit termoplastik dengan serat dan aditif sintetis. Selain itu juga  masih  dijumpai  kekhawatiran  akan rendahnya kekuatan komposit jika menggunakan  serat  alam  berukuran pendek (< 1 cm).
Penelitian ini bermaksud mengembangkan penggunaan serat Kenaf berukuran  pendek  (5  mm)  sebagai penguat  dalam  komposit  Polipropilena agar  dapat  dipakai  menjadi  bahan  baku komponen  berukuran  kecil  di  industri- industri otomotif khususnya mobil. Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mendapatkan komposisi terbaik
Polipropilena-serat  Kenaf  (PP/Kenaf) dengan  nilai  kekuatan  tarik  dan  lentur yang  optimal  sebagai  bahan  baku alternatif  komponen  berukuran  kecil  di industri-industri otomotif.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  secara eksperimental di Politeknik STMI Jakarta,  Kementerian  Perindustrian  yang terdiri dari empat tahapan yaitu persiapan bahan,  pembuatan  komposit  PP/Kenaf, pembuatan  spesimen  dan  pengujian kekuatan tarik dan lentur.
1. PERSIAPAN BAHAN Serat kenaf diperoleh dari PT GAN (Global Agrotek Nusantara), Karangploso,  Malang,  Jawa  Timur. Dalam rangka untuk meningkatkan pembentukan
ikatan antarmuka
( interface )  yang  baik  antara  serat  kenaf dan  matrik  polipropilena  maka  serat kenaf  direndam  dalam  larutan  alkali (NaOH  6%,  24  jam)  untuk  proses delignifikasi.  Setelah  proses  perendaman selesai  kemudian  serat  kenaf,  dicuci dengan  air  bersih  yang  mengalir  sampai hilang  alkalinitas-nya  atau  sampai  air bilasan  bersifat  netral.  Setelah  proses pencucian,  serat  dijemur  dibawah  sinar matahari  sampai  kering  atau  berat konstan. Kemudian serat kenaf dipotong- potong  pendek  ( chopped )  secara  manual dengan  alat  pemotong  kertas/gunting dengan  ukuran  panjang  serat  5  mm. Proses  alkali  ini  bertujuan  untuk  proses delignifikasi atau akan melarutkan senyawa  amorph  seperti  hemiselulosa, wax dan  lignin.  Proses  alkali  dapat meningkatkan kekasaran permukaan serat sehingga  dapat  terbentuknya  mekanisme perekatan  ikatan  antarmuka  ( interface ) serat dan matriks pada susunan komposit.
Resin  PP  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah Homopolymer Polypropylene  Injection  Grade MAS 5402  dari  PT.  Polytama  Propindo.  Resin tipe injection dipilih
karena menyesuaikan proses pencetakan prototipe  yang  menggunakan  mesin  jenis injection molding. PP-g-MA yang dipakai  berasal  dari  China  dengan  merk All  Gong.  Antioksidan  yang  digunakan adalah Irganox tipe primer dan sekunder.
2.

## PEMBUATAN KOMPOSIT PP/KENAF
Mesin  ekstruder  digunakan  dalam pembuatan  lembaran  plastik  PP  pada penelitian  ini.  Tipe  ekstruder  yang digunakan  adalah  Collin  E  30  M,  tipe single  screw Pada  ujung  keluaran/ die ekstruder  disambungkan  dengan  alat callendering ( chillroll ) untuk menjadikan lelehan  polipropilen  menjadi  bentuk lembaran-lembaran. Kecepatan putar screw diatur  pada  putaran  (n1)  90  rpm sebagaimana terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Pembuatan lembaran polipropilena dengan mesin callendering
Sebelum  dimasukkan  ke  dalam ekstruder, polypropylene  graft  maleic anhydride (PP-g-MA)  dicampur  dengan resin PP sebesar 5% dari berat total resin polipropilen  yang  akan  dibuat  menjadi lembaran.  PP-g-MA  berfungsi  sebagai bahan  pembantu  atau Coupling  Agent untuk  memberikan  gugus  hidrofilik  yang dapat  berikatan  dengan  serat  alam sedangkan gugus polimer dapat bertautan dengan matrik polimer sehingga terbentuk ikatan antara serat dan matrik. Fraksi massa serat Kenaf bervariasi pada  10,  20  dan  30%  dari  total  massa komposit  PP/Kenaf.  Selain  itu  juga diamati pengaruh keberadaan talk sebagai pengisi dalam komposit PP/Kenaf dengan menambahkan talk sebesar 0,8%.
3. PEMBUATAN SPESIMEN
Proses yang dipilih untuk membuat material  komposit  Kenaf-PP  adalah proses hot  press .  Serat  Kenaf  dan lembaran  PP  yang  telah  dipotong  sesuai ukuran cetakan kemudian disusun bersama  serat  Kenaf  menjadi  lapisan- lapisan  kemudian  diletakkan  di  dalam mesin hot  press .  Mesin Hot  Press yang digunakan adalah merk Collin tipe P 300 P dengan tekanan maksimun 300 kN dan kapasitas panas 2×11.6 kW.
Gambar 2. Pembuatan lapisan komposit PP/Kenaf
Jumlah lapisan Kenaf dan lembaran polipropilen  disusun  dengan  3  lapisan ( ply ).    Setelah  lapisan  tersusun  rapi, kemudian diletakkan pada cetakan logam, diberi tekanan sebesar 50 bar, dipanaskan pada  temperatur  210  C  selama  5  menit (Gambar  2).  Lapisan  berupa  lembaran tersebut  kemudian  dikeringkan  kembali di  dalam  oven  pada  temperatur  80  C selama 2 jam sebelum dilakukan pencetakan spesimen.
4.  PENGUJIAN  KEKUATAN  TARIK
DAN LENTUR Kekuatan  tarik  komposit  diuji berdasarkan
standar ASTM D638.Spesimen pengujian mengikuti alat pencetak  spesimen  tipe  IV  dengan panjang  dimensi  75  mm,  lebar  6  mm seperti pada. Pengujian dilakukan dengan menggunakan  alat universal  testing machine SHIMADZU  tipe  AGS-10kNG dengan  kecepatan  pengujian  sebesar  5
mm/min, panjang gripped sebesar 65 mm dan pretension 0,5 Mpa. Spesimen dibuat dengan  menggunakan  alat  cetak  atau punchure untuk pengujian kekuatan tarik, kemudian  ditekan  menggunakan  alat minitest press . Banyaknya spesimen yang diuji  ada  5  untuk  memperoleh  nilai  rata- rata dari kekuatan tarik.
Pengujian  kekuatan  lentur  yang dilakukan  mengacu  pada  standar  ASTM D790  menggunakan  three  point  bending. Ketebalan  spesimen  2  mm  dengan panjang  spesimen  minimal  16  kali ketebalan  spesimen  ditambah  dengan  10 %  support  span  pada  tiap  ujung-ujung spesimen.  Pengujian  dilakukan  dengan menggunakan  alat  universal  testing machine  SHIMADZU  tipe  AG-X  plus dengan  tipe  pengujian  tiga  titik  lentur (three  point  bend).  Kecepatan  pengujian disesuaikan  terhadap  ketebalan  spesimen yang  akan  diuji.  Banyaknya  spesimen yang  diuji  ada  5  untuk  memperoleh  nilai rata-rata  dari  kekuatan  lentur.  Bentuk Spesimen  Pengujian  Kekuatan  Lentur dapat  dilihat  pada  Gambar  3.2  Spesimen dibuat secara manual dengan ukuran tebal dan panjang sesuai standar ASTM D 790 kemudian dipotong-potong menggunakan mesin gerinda.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berat  Kenaf  menyusut  16,7% setelah  mengalami  perlakuan  alkali.  Hal ini  dikarenakan  lignin  sudah  terlarut dalam larutan alkali. Persentase penyusutan ini telah membuktikan literatur  yang  menyebutkan  kadar  lignin dalam  serat  kenaf  berkisar  15-17% (Asumani, 2012).
1.  Pengaruh  Fraksi  Massa  Kenaf  dan Keberadaan  Talk  terhadap  Kekuatan Tarik  ( Tensile  Strength )  Komposit PP/Kenaf
Kekuatan  tarik  adalah  salah  satu sifat  dasar  dari  suatu  bahan.  Material yang  digunakan  untuk front  &  rear  bar
sampai  saat  ini  adalah  Acrylonitrile butadiene  styrene  (ABS).  Kekuatan  tarik front & rear bar untuk mobil jenis MPV di  pasaran  adalah  25-35  Mpa.  Tabel  1 memperlihatkan  nilai  rata-rata  hasil pengujian  kekuatan  tarik  dari  6  (enam) macam  variasi  kompon  PP/Kenaf  serat pendek.
Tabel 1. Hasil Pengujian Kekuatan Tarik
No Kenaf (%) Talc (%) Kuat Tarik (Mpa) 1. 10 0 26,15 2. 20 0 27,44 3. 30 0 28,41 4. 10 0,8 25,14 5. 20 0,8 26,15 6. 30 0,8 27,26 Tabel 1 menunjukkan nilai kekuatan  tarik  komposit  dari  setiap masing-masing  variasi.  Nilai  kekuatan tarik  yang  dihasilkan  adalah  nilai  rata- rata  dari  5  spesimen  yang  diuji  dengan deviasi  ±1,04.  Hasil    pengujian  kekuatan tarik  menunjukkan  jika front  &  rear  bar dari  kompon  PP/Kenaf  serat  pendek dapat  menjadi  pilihan  karena  masih masuk  kategori  dari front  &  rear  bar konvensional. Keberadaan talc dalam hal ini  CaCO 3 ternyata  tidak  memberikan pengaruh  yang  signifikan  terhadap  nilai kekuatan  tarik  prototipe  dari  komposit PP/Kenaf serat pendek.
2.  Pengaruh  Fraksi  Massa  Kenaf  dan Keberadaan  Talk  terhadap  Kekuatan Lentur ( Flexural Strength ) Kekuatan  lentur  suatu  material dapat diketahui dengan melakukan pengujian  dengan  uji  bending  atau flexural terhadap  material  komposit tersebut  Pengujian  ini  dimaksudkan untuk  mengetahui  keelastisan  suatu bahan  dengan  pemberian  beban  tertentu. Akibat  pengujian  bending  bagian  atas spesimen  mengalami  tekanan,  sedangkan bagian  bawah  akan  mengalami  tegangan tarik. Tabel 2 menunjukkan nilai kekuatan  lentur  komposit  dari  setiap
masing-masing  variasi.  Nilai  kekuatan lentur  yang  dihasilkan  merupakan  nilai rata-rata dari 5 spesimen yang diuji.
Tabel 2. Hasil Pengujian Kekuatan
Lentur No Kenaf (%) Talc (%) Kuat Tarik (Mpa) 1. 10 0 60,36 2. 20 0 62,42 3. 30 0 63,91 4. 10 0,8 55,62 5. 20 0,8 61,16 6. 30 0,8 61,55 Nilai  kekuatan  tarik  dan  kekuatan lentur pada komposit PP/Kenaf berukuran  pendek  ini  lebih  rendah dibandingkan dengan penelitian
sebelumnya  yang  telah  menggunakan serat  Kenaf  berukuran  panjang  5  cm (Oktariani, 2018). Hasil ini sesuai dengan pernyataan  Mohanty  pada  tahun  2004 bahwa  ukuran  serat  yang  pendek  dapat mengurangi sifat kekuatan tarik material. Tetapi,  nilai  kekuatan  tarik  dan  kekuatan lentur  komposit  PP/Kenaf  pendek  ini sudah  dapat  memenuhi  standar  bahan baku  komponen-komponen  berukuran kecil di industri otomotif.

## KESIMPULAN
Dari hasil dan pembahasan diperoleh  kesimpulan  bahwa  komposisi komposit  polipropilena-serat  kenaf  yang paling  baik  adalah  30%  Kenaf  tanpa penambahan  talc  0,8%  karena  memiliki sifat  mekanis  kekuatan  tarik  yang  cukup tinggi  dan  lentur  sebagai  salah  satu komponen  mobil  yang  berukuran  kecil ( small-size body work parts ).

## Ucapan Terimakasih
Penelitian  ini  sepenuhnya  dibiayai  oleh Sarana Penelitian Industri Terapan (SPIRIT) dari Pusdiklat Industri Kementerian Perindustrian Tahun Anggaran 2017.

## DAFTAR PUSTAKA
Asumani, OML, Reid, RG & Paskaramoorthy, R. (2012). The effects of alkalisilane treatment on the tensile and flexural properties of short fiber  nonwoven  kenaf  reinforced polypropylene
composites,
Composites  Part  A:Applied  Science and Manufacturing , 43 , 1431-1440.
Holbery  J  dan  Houston  D.  (2006).
Natural-Fiber-Reinforced Polymer Composites in Automotive Applications, Journal of the Minerals, Metals  and  Materials  Society ,  58(11), 80-86.
Husin, M.M., Mohammad Sukri Mustapa,  Md  Saidin  Wahab,  Ahmad Mubarak Tajul Arifin, Reventheran a/l
Ganasan,  Farhana  Hazwanee  Jais. (2017).  Characteristics  on  Treated Kenaf Fiber Reinforced Polypropylene
Composites, Materials Science Forum 909, 94-99.
Jeyanthi,  S.  and  J.J.  Rani.  (2014). Development  of  natural  long  fiber thermoplastic composites
for automotive  frontal  beams, Indian
Journal  of  Engineering  &  Materials Sciences , 21 , 580-584.
Mohanty,  AK,  A.,  Wibowo,  M.  Misra  & Drzal,  LT.  (2004).  Effect  of  process engineering  on  the  performance  of natural  fiber  reinforced  cellulose acetate  biocomposites, Composites
Part A: Applied Science and
Manufacturing , 35, 363–70.
Oktariani, E., Rita Istikowati, Hendro Sat Setijo Tomo, Rafliansyah Rizal, Yosea Pratama.  (2018). Multi  response
optimization  of  sheet  forming  of
Kenaf-Polypropylene
composites
using grey based fuzzy algorithm, AIP
Conference Proceedings , vol. 1931, p. 030001